小电流接地选线系统技术分析

曹艳 CAO Yan；李洪 LI Hong

（国网湖北省电力有限公司黄石供电公司，黄石 435000）

0 引言

近年来，随着社会发展日新月异，人民生活水平日益提高，对电力的需求也不断提升，如何保证安全、持续、稳定的电能供给成为当前电网，尤其是配网的一大难点。现今，针对小电流接线系统单相接地故障选线问题，国内外进行了多样化的研究分析，并提出了具有一定运用效果的选线方法，目前主流的选线方法主要分为：拉路查找法[1]、合环查接地法、利用暂态信号选线分析法[2]、利用注入信号分析法[3]、智能算法[4]等。目前黄石配网采用选线方法多为拉路查找法，通过调度员对接地母线上的所有出线进行逐条拉停并观察接地故障是否消失，从而确认接地线路[5]。这种方法执行简单，不需加装选线装置或改造变电站设备，适用于所有接地情况，但是操作步骤多，效率低下，影响范围广，会造成正常运行线路的短时停电，引起停电投诉，并且频繁的拉合出线开关会造成母线电压波动，影响专线用户电能质量，严重的还会产生操作过电压和谐振过电压，破坏电网安全稳定运行。找到故障线路后暂时送电进行带电查找故障点，在进一步查找接地故障区段的过程又需要逐段线路停电，所以带接地故障运行并没有提高供电可靠性，相反还造成接线线路重复停电，降低了用户的用电体验，并增加频繁停电投诉风险。因此为了减少用户停电次数，提升供电服务质量，对小电流选线装置和零序CT 问题进行梳理整改，让其真正发挥实效作用具有较为重大的实际意义。

1 黄石电网接地情况

2020 年黄石配网（含大冶、阳新）共发生接地故障177次（城区、高新区11 次，大冶108 次，阳新58 次），拉路查找接地造成的短时停电次数更是数倍以上。其中8 月份发生的接地故障最高达到34 次，平均每天处理1.1 次接地故障，通过传统的“拉路法”每次选出接地线路平均耗时24 分钟，选线准确率差效率低下。全网接地次数如图1所示。

图1 黄石电网2020 年接地次数统计

按接地故障类型统计，电缆故障占38.5%，接地后跳闸占14.4%，架空线路故障占2.9%，配电开关故障占11.5%，用户故障占7.7%，自然恢复占10.6%，其他情况占11.5%。电缆故障主要有：中间接头故障、外破、泡水等问题造成。若发生电缆故障，故障点的快速准确定位及处置一直是焦点问题，此类故障处置时间较长，一般需要4-8 小时。接地故障类型占比如图2 所示。

图2 黄石电网2020 年接地次数统计接地故障类型占比

因此在新型的供电服务压力下，当配网运行方式比较复杂时发生接地故障，使用拉路法所耗费的时间就会远远超过接地选线平均时间。本文会通过分析与梳理黄石配电网小电流接地选线、零序电流互感器（CT）或测保装置应用情况，根据黄石地区各类厂站情况，并结合当前黄石配网实际接地故障发生情况，对黄石地区现有的选线方法做简单描述和比较，并从技术使用人员角度提出整改建议，减少调度员在拉路过程中的接地选线时间。

2 黄石电网接地故障选线技术原理和特点

目前，黄石地区可采取2 种方法实现接地故障选线，平均选线次数为1-2 次，平均选线时间为3-5 分钟。最常用的为小电流接地选线系统（综合诊断及录波系统）[6]和基于数据采集与监控（SCADA）系统的小电流接地选线方法[7]。基于录波方法的小电流故障选线需保护自产零序电流或加装零序CT，且在综合自动化系统中加装整套小电流接地选线装置，对调度的需求来说，需要在SCADA 系统中直观显示接地线路，有条件的可在SCADA 系统中直观显示零序电流值。基于SCADA 系统的小电流接地选线需保护自产零序电流或加装零序CT，对调度的需求来说，需要在SCADA 系统中直观显示零序电流值。基于录波方法的小电流故障选线方法优先于基于SCADA 系统的小电流接地选线方法，接地故障选线方法如表1 所示。

2.1 小电流接地选线系统（综合诊断及录波系统）

基于录波方法的小电流故障选线方法[6]本质上是通过高频录波装置记录故障前后的零序电压、零序电流，然后通过装置中选线算法对故障前后暂态、稳态零序电流进行分析，从而选出故障线路。电气接线如图3 所示。

图3 变电站型小电流接线选线系统电气接线示意

变电站型小电流选线装置适用于变电站内，集中安装于立地式的IPS 控制箱里。电源取自变电站直流屏，零序电流取自零序CT，也可以由线路三相CT 计算得出，由选线装置将选线结果上传主站，一般拉路1 次可以得出结果。综合诊断选线优点主要有三点：①通过消弧线圈投入前的电流特征进行选线，排除了消弧线圈补偿的干扰，选线可靠性较高；②提取高频分量进行分析，适用于金属性接地、高电阻接地以及部分谐振接地的场合，适用范围广；③选线算法全面，可以根据变电站线路条数以及线路长度、型号进行调整。

综上所述，小电流选线系统主要组件分为两主体和三接线构成。两主体为小电流选线装置和零序CT，三接线为：①PT 和零序CT 到小电流选线装置连线；②小电流选线装置连线到电源屏连线；③小电流选线装置到远动机连线。

2.2 基于SCADA 系统的小电流选线方法

基于SCADA 系统的小电流选线方法[7]不需要对现有配网中性点接线方式进行改造，不需要在变电站端加装新的装置，需保护自产零序电流或加装零序CT，将各条馈线的零序电流接入SCADA 系统，并上传主站用一个简单的判断方法进行选线，准确率高，实用、易用。该选线方法通过较小的技术改进解决了电网运行中的大问题，开拓了小电流接地系统选线的新思路并成功实践，有效提升了选线的准确率和效率。

基于SCADA 系统的小电流选线方法主要分为两种。一是不接地系统选线方法，利用故障线路零序电流等于所有非故障线路零序电流之和。因此，故障线路零序电流最大。通过比较各条线路零序电流大小，最大零序电流线路即为故障线路，一般拉路1 次可以得出结果。二是经消弧线圈接地系统选线方法，任意断开一条线路，此时其他非故障线路零序电流基本保持不变，而故障线路零序电流将随着断开线路零序电流的消失而发生变化，并且断开线路的零序电流越大，故障线路零序电流的变化量越大，最多拉路2 次可以得出结果。

3 设备现状分析与整改措施

3.1 设备现状

本部分数据台账来源于设备资产精益管理系统（PMS系统）。黄石各类选线条件与厂站类别统计表如表2 所示，其中条件一和条件二是必备条件，条件三和条件四最少需满足一项，才可以满足选线条件。本文将相关厂站分成6类情况开展分析：A+类厂站可以在SCADA 系统中直观显示接地线路和零序电流值，选线操作最为便捷，改造方向为保护人员需对此类厂站接地信号进行核查校验。A-类厂站可以在SCADA 系统中直观直观显示接地线路，选线操作较为便捷，改造方向为加用零序CT 且保护人员需对此类厂站接地信号进行核查校验。B 类和C 类厂站可以在SCADA 系统中直观显示零序电流值，需要调度员对相关数据进行分析研判，改造方向为自动化人员需在SCADA系统中做相应算法和界面、加用小电流选线装置并上传主站。A+类、A-类、B 类、C 类满足调度员选线需求，但需根据设备实际情况进行核查校验整改。D、E 类均不满足，需要进一步改造，改造难度由易到难递进。

表2 黄石地区各类厂站分布情况统计表

按地域划分，黄石地区所辖共计83 座厂站（黄石31座、大冶27 座、阳新25 座）。A 类（含A+类和A-类）厂站32 座，占比38.55%，B 类厂站7 座，占比8.43%，C 类厂站20 座，占比24.1%，D 类厂站8 座，占比9.64%，E 类厂站16座，占比19.28%。黄石城高新区、大冶、阳新A 类（含A+类和A-类）厂站分别对应本地区比例，占比分别为35.48%、48.15%、32%，大冶A 类厂站情况较好。黄石城高新区B类厂站有6 座、阳新1 座，大冶无此类厂站，B 类厂站完成相关改造后可以进化成A 类。C、D、E 类厂站需要进行整改完善相关硬件设备。相关厂站情况具体如表2所示。

黄石城高新区A 类厂站11 座，分别是：延安路、明泉、圣水泉、陈家湾、枫叶山、游家、猫叽港、桥洞、大王、新下陆、七约山。大冶A 类厂站13 座，分别是：殷祖、湛月、车桥、陈贵、铜山口、余房、前进、毛铺、永胜、仲元、新叶、保安、洋湖。阳新A 类厂站8 座，分别是：白沙、网湖、仙岛湖、东源、阳新、海口、洋港、排市。A 类厂站可以安排先期整改，修校试合格后可以安排上线运行。

黄石城高新区B 类厂站6 座，分别是：南湖、王家坳、团城山、凉山、汪仁、长乐山。B 类厂站整改后将接地信号上传主站，实现在SCADA 系统中直观显示接地线路，需继电保护人员和自动化人员配合完成。C、D、E 类厂站需纳入技改项目，完善相关硬件设备实现零序电流和选线信号的采集上传。相关厂站情况具体如表3 所示。

3.2 整改措施

为了更好、更快、更准确地排查出接地故障，保障供电系统的稳定和安全，提高电力系统的可靠性与供电质量，在对变电站零序CT 和接地选线装置整改期间，应遵循下面的六大原则进行摸排整改。

①先排查、再分类、后整改。对相关厂站设备健康水平进行评估和诊断，按照评估结果对配置零序CT 或测保装置进行分级分类，对未配置零序CT 或测保装置不具备自产零序电流的，在日常停电检修过程中进行技改完善有关功能。

②按照先黄石，后大冶、阳新的原则。对黄石城高新区的相关厂站情况好于大冶、阳新，前期安排黄石城高新区进行变电站零序CT 和接地选线装置摸排整治，检查零序CT 和接地选线装置是否安装，并排查对已安装的检测装置是否上传主站信号等，可以提升和积累相关技改经验。

③优先整改配置齐全、等级高的厂站。软硬件设备条件好的厂站整改难度相对较小，可以在较短时间内提升A、B 类厂站上线率以及选线效果。

④将零序CT 和接地选线装置整改情况纳入电网问题清单进行督办，根据实际情况确定最终的时间节点。合理安排人员、材料、停电等条件，倒排厂站整改计划和整改进度表，制定一站一策整改方案，列出缺陷清单进行闭环管理。

⑤对接地选线效果建立“一事一分析”。对于选线结果不正确的情况，建立缺陷闭环机制。发生的错误原因不分析清楚不放过，并制定整改措施。

⑥确保小电流接地选线系统日常运维。将零序CT 极性校验、变比核查等内容列入断路器日常修校试项目中，定期开展小电流接地选线装置的修校试。滚动修编变电站现场运行规程，将小电流接地选线系统列入日常运行维护项目。

在完善期间，整改的实施步骤应按照下列四大步骤进行实施。

①完善零序CT、小电流选线装置或测保装置（带零序电流），检查已安装装置信号是否上传主站。

②采集零序电流（加装小电流选线装置和零序CT、保护装置自产的零序电流）。

③铺设相应的二次接线，修改远动点表，将零序电流量和接地信号接入远动系统。

④零序电流和接地信号在SCADA 系统中展示出来。

4 结语

作为国家经济和工业发展的基础，电力系统的安全与稳定关乎国计民生。小电流系统作为我国配电网中主要部分，其故障时接地选线的准确性直接影响电力系统的可靠性与供电质量，但小电流接地系统的故障选线仍是尚未完全解决的技术难题。文章通过对黄石配电网小电流接地选线应用情况与黄石地区各类厂站情况进行梳理与分析，对现有的选线方法做简单描述和比较，通过对配置零序CT或测保装置自产零序电流、接地选线装置从技术使用人员角度提出建议，促进黄石地区小电流接地选线装置的完善与发展。